Alena Ševců

Centrum pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace,

alena.sevcu@tul.cz, tel. 485 353 786

EKOLOGICKÉ PRINCIPY A ZÁKONITOSTI

Ekologie jako věda.

Základní ekologické pojmy a principy.

Sloţky ţivotního prostředí, cykly základních

prvků a sloučenin v biosféře.

Obsah:

Ekologie jako věda

Ekologie - oikos+logos, 1866 Ernst Haeckel

Zdroj: wikipedia

Ekologie jako věda

Obor o interakcích mezi organizmy navzájem a jejich

ţivotním prostředím (minulým, přítomným a budoucím).

• toky energie a látek v ekosystémech

• ovlivnění organismů prostředím a prostředí organismy

• uspořádání společenstev

• struktura a dynamika populací

• mezidruhové interakce

• Některé populace mohou mít zásadní vliv na svoje

prostředí

• Ţijeme nyní, ale vše je důsledkem vývoje, ekologie

zahrnuje minulost, přítomnost i budoucnost prostředí

• Environmentální vědy ≠ ekologie

• Poznatky získané studiem ekologie se mohou

pouţít v environmentálních vědách (studium působení

člověka na ţivotní prostředí a naopak, vyuţití přírodních

zdrojů)

1. Pozorování, popis hypotéza

2. Experimenty, testování hypotéz

3. Modely (funkce prediktivní a explikativní)

Postup při výzkumu nějakého jevu

Vědy uţívané při studiu ekologie:

fyzika, chemie, molekulární a buněčná biologie,

fyziologie, evoluční biologie, taxonomie, pedologie,

geologie, paleontologie,…

APLIKOVANÁ EKOLOGIE

- Uţ lovci a sběrači museli znát ekologii vyuţívaných

druhů rostlin a ţivočichů.

- Dnes je aplikací mnoho, velmi často v ochraně přírody,

ale i jinde (biotechnologie, vodní hospodářství,..).

- Je důleţité si uvědomit, ţe jednotlivé „ekologické“

zájmy mohou jít proti sobě: zabráním-li periodickým

poţárům v savaně, zachráním některé jedince, ale

jiným zabráním v přirozené obnově, naruší se

dynamika ekosystému, nevyhnutelný poţár potom bude

zničující.

Důleţitost opakovaného měření

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Po

čet

slu

neč

nýc

h d

nů

v r

oce

jedinec – populace – společenstvo

Základní ekologické pojmy a principy

ekosystém

biotop (habitat)

biosféra

biom

biotop (habitat)

ekosystém

Ohraničený (víceméně) ekologický systém, který se

skládá z organizmů ţijících v určitém prostoru a

čase, a z prostředí, s kterým se vzájemně ovlivňují

Probíhají zde:

Biotické a abiotické procesy

Sociální procesy

Toky prvků a sloučenin

ekosystém

biotické sloţky

Primární producenti,

Herbivoři, karnivoři,

Omnivoři,

detritofágové,…

abiotické sloţky

Teplota, sráţky,

Sluneční záření,

Voda, chemické prvky a

sloučeniny,..

Jednoduchý model ekosystému

ekosystém

Foley et al. 2005

Biomy světa

Česká arkto-alpínská tundra

Christensen, 1991

tenká vrstva kolem Země,

kde organizmy interagují s:

Atmosférou

Hydrosférou

Litosférou

Kryosférou

Biosféra

biosféra

anorg. prvky a sloučeniny

jsou přijímány autotrofy a

přeměňovány na komplexní

organické molekuly

komplexní organické

molekuly jsou přeměňovány v

potravních řetězcích a

částečně uvolňovány zpět

jako prvky a anorganické

sloučeniny

Biodiverzita (biologická rozmanitost)

Nejen počet, ale také relativní zastoupení druhů

(genů) v určitém prostoru.

Ukazatel zdravého ekosystému (různorodost

prostředí), diverzita dělá diverzitu

Biodiverzitu sniţují negativní zásahy člověka,

invazní druhy, přírodní katastrofy

2010 - rok biologické rozmanitosti (OSN)

Kampaň v EU:

„Biologická rozmanitost –

záleţitost nás všech“

Uvědomění si i

ekonomických dopadů

při ztrátě biodiverzity.

Jakým způsobem můţe kaţdý z nás přispět k

obnově a zachování biodiverzity?

www.weareallinthistogether.eu

Myers, N., et al. (2000) "Biodiversity hotspots for conservation priorities." Nature 403:853–858.

Biodiversity hotspots

Ekologická stabilita

Schopnost ekologického systému přetrvávat i za působení

rušivého vlivu a reprodukovat své základní charakteristiky

Rezistence – schopnost společenstva odolávat narušení

Resilience – rychlost s jakou se společenstvo po narušení vrátí

do původního stavu (nízkou pruţnost má tundra, vysokou

eutrofní rybník)

Obecně ekologická stabilita klesá se zvyšující se sloţitostí

společenstev (ale neplatí to jednoznačně, dříve se naopak

věřilo v pravý opak)

Toky energie, prvků a sloučenin

(biogeochemické cykly)

Tok energie a koloběhy látek jsou

vzájemně propojené

Prostředí ovlivňuje organizmy a naopak

organizmy ovlivňují prostředí, ve kterém ţijí

Základní termíny

Prvky v přírodě - definovaný prostor a mnoţství

Zásobník (pool)

Výměna prvků mezi

zásobníky Tok (flux)

Zásoba prvků v zásobníku Doba zdrţení (residence time)

Velikost zásobníků a

rychlost toků Cyklus ţivin

Prostorové měřítko

Globální cykly Lokální cykly

(ekosystémy a jejich části)

- ekosystémy mají

různou velikost, z toho

vyplývá různá úroveň

studia a různé metody

studia

Prostorové měřítko

globální

povodí

lesní ekosystém

půdní ekosystém

Jak zvyšování CO2 v atmosféře

ovlivňuje fotosyntézu v mořských

ekosystémech?

Jak skladba stromů v povodí ovlivní

kvalitu vody?

Jak kyselé sráţky změní

produktivitu lesa?

Jak mnoţství bezobratlých ovlivní

kvalitu půdy?

Časové měřítko

Krátkodobé cykly

Dlouhodobé cykly

otáčení Země kolem své osy (den a noc)

otáčení Země kolem Slunce (sezónnost)

odchylky v oběţné dráze Země kolem Slunce - změny v radiaci – doby ledové

interakce CO2 a litosféry

Časové měřítko Krátkodobé (vteřiny, hodiny): sluneční záření a

fotosyntéza, sráţky a vlhkost půdy,…

Sezónní: opadavý les, primární produkce v jezeře,..

Sukcesní: několik měsíců po poţáru, několik let po

opuštění lomu

Migrační/invazní (roky aţ tisíciletí): spásání porostu,

invaze organizmu

Evoluční e geologická historie (tisíciletí): vývoj řas

a sinic, produkce kyslíku, koloběhy prvků, střídání

ledových dob s meziledovými,…

Pro

stor

ové

měř

ítko

Časové měřítko

dny měsíce roky

10-9

10-3

103

met

ry

Tok energie v ekosystému Všechny organizmy potřebují prvky a

sloučeniny pro svou stavbu a energii pro

svou aktivitu

Biomasa – hmota organizmů na jednotku

prostředí (např. t ha-1, g l-1)

Biomasa rostlin je téměř vţdy větší neţ

ostatních organizmů, protoţe rostliny

dokáţí fixovat C při fotosyntéze (jsou to

primární producenti)

Tok energie v ekosystému Primární produkce je rychlost, se kterou se

biomasa vytváří (např. J m-2 den-1, mg l-1 den-1

nebo g C m-2 rok-1)

Hrubá primární produkce je celková fixace

energie pomocí fotosyntézy

Čistá primární produkce je rozdíl hrubé

primární produkce a respirace

Čistá primární produkce

Zdroj: NASA

Tok energie v ekosystému

Globální cyklus vody – tradiční pohled

whoi.edu

Globální cyklus vody – oceánografický pohled

whoi.edu

Distribuce vody na Zemi

Sladká voda 3 %

Slaná

voda

97 %

Povrcho-

vé vody

0,3 %

Ostatní

0,9 %

Podpo-

vrchová

30,1 %

Ledovce,

permanent

ní sníh

68,7 %

Mokřady 11 %

Jezera

87 %

Zdroj USGS

Předantropogenní cyklus uhlíku

Zdroj: ucar.edu

Krátký cyklus (fotosyntéza a

respirace

Rozkladné procesy

ropa, plyn, uhlí –

podzení zásoby

zvětrávání

vápenců a

fosilní

organické

hmoty

Dlouhý cyklus:

Organizmy

využívají C z

oceánu /

atmosféry pro

svůj

metabolizmus a

schránky

Globální cyklus uhlíku – hlavní toky a zásobníky

Skinner and Porter 1987

Globální cyklus dusíku – hlavní toky a zásobníky

Zdroj ECN Nizozemí

Globální cyklus fosforu – hlavní toky a zásobníky

Před vlivem člověka (Tg P nebo Tg P/ rok)

Vliv člověka

apatit

Zdroj: Filippelli